(57)【要約】燃焼室内部の混合を高めて、１つ以上の局所的に予備混合された燃料および充填ガスを含む混合物を形成することにより、局所的に予備混合された混合物の点火およびその後の燃焼中に、煤煙および／または他の望ましくない排気物の発生を最小にすること、または全く発生させないことを可能にすることに関する、様々な技術が本明細書で提示される。燃料と充填ガスとの十分な混合を可能にするために、燃料ジェットは、ダクトのボアを通過するように方向付けることができ、充填ガスをボアの中へ吸い込ませ、乱流を作り出して、燃料と吸い込まれた充填ガスとを混合する。ダクトは、燃料噴射装置の先端部の開口部に近接して位置付けることができる。点火アシスト部品をダクトの下流に配置することで、燃料／充填ガス混合物の点火を容易にすることができる。【選択図】図３
2019510157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射システムにおいて、
第１開口部を備える燃料噴射装置であって、燃料が、前記第１開口部を通して燃焼室に噴射される、燃料噴射装置と、
中空管から形成されるダクトであって、前記燃料噴射装置の前記第１開口部を出る前記燃料が、前記中空管を通して、前記燃焼室の中へ噴射されるように整列される、ダクトと、
前記ダクトの排出端に配置される点火アシスト部品であって、前記ダクトを出る燃料を点火するように構成される、点火アシスト部品と、
を備える、燃料噴射システム。
【請求項２】
前記点火アシスト部品は触媒材料を含み、前記触媒材料は前記ダクトから出る燃料を点火するように構成される、請求項１に記載の燃料噴射システム。
【請求項３】
前記点火アシスト部品は、前記触媒材料を含む環状部であり、前記環状部は、前記燃料が前記ダクトを出て、前記環状部を通過するように、前記ダクトの前記排出端に整列される、請求項２に記載の燃料噴射システム。
【請求項４】
前記触媒材料は、前記ダクトの内面上に配置される、請求項２に記載の燃料噴射システム。
【請求項５】
前記ダクトの前記排出端に連結されるロッドを更に備え、前記ロッドは前記触媒材料でコーティングされている、請求項２に記載の燃料噴射システム。
【請求項６】
前記点火アシスト部品はレーザであり、前記レーザは、前記ダクトを出る前記燃料の経路にレーザビームを放出するように構成される、請求項１に記載の燃料噴射システム。
【請求項７】
前記点火アシスト部品は、加熱された先端部を含むグロープラグであり、前記加熱された先端部は、前記ダクトから出る燃料の経路に配置される、請求項１に記載の燃料噴射システム。
【請求項８】
前記点火アシスト部品は、スパークプラグ間隙を含むスパークプラグであり、前記スパークプラグ間隙は、前記ダクトから出る前記燃料の経路に配置される、請求項１に記載の燃料噴射システム。
【請求項９】
前記点火アシスト部品は、前記ダクトの前記排出端から所望の距離に配置され、所望の位置での前記燃料の点火を容易にする、請求項１に記載の燃料噴射システム。
【請求項１０】
燃料と充填ガスとの混合物を点火する方法であって、
燃焼室内に位置付けられた燃料噴射装置の開口部を通して燃料を噴射するステップと、
ダクト内で前記噴射された燃料と前記充填ガスとを混合するステップであって、前記ダクトは中空管を備え、また、前記噴射された燃料が前記中空管を通して進行するように整列され、前記中空管を通した前記燃料の通過が、前記中空管内の前記燃料と前記充填ガスとの混合物の乱流を引き起こし、前記燃焼室内に存在する充填ガスの前記中空管の中への吸い込みを引き起こし、それによって、前記噴射された燃料と前記充填ガスとを混合するステップと、
点火アシスト部品により前記燃料と前記充填ガスとの混合物を点火するステップと、
を含む、方法。
【請求項１１】
前記点火アシスト部品は触媒材料を含み、前記触媒材料は前記ダクトから出る燃料を点火するように構成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記点火アシスト部品は、前記触媒材料を含む環状部であり、前記環状部は、前記燃料が前記ダクトを出て、前記環状部を通過するように、前記ダクトの前記排出端に整列される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記触媒材料は、前記ダクトの内面上に配置される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ダクトの前記排出端に連結されるロッドを更に備え、前記ロッドは前記触媒材料でコーティングされている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記点火アシスト部品はレーザであり、前記レーザは、前記ダクトを出る前記燃料の経路にレーザビームを放出するように構成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記点火アシスト部品は、加熱された先端部を含むグロープラグであり、前記加熱された先端部は、前記ダクトから出る燃料の経路に配置される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記点火アシスト部品は、スパークプラグ間隙を含むスパークプラグであり、前記スパークプラグ間隙は、前記ダクトから出る燃料の経路に配置される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
燃料噴射システムにおいて、
第１開口部および第２開口部を備える燃料噴射装置であって、第１燃料ジェットが、前記第１開口部を通して燃焼室内へ噴射され、第２燃料ジェットが、前記第２開口部を通して前記燃焼室内へ噴射される、燃料噴射装置と、
第１中空管から形成される第１ダクトであって、前記第１開口部を出る前記第１燃料ジェットが、前記第１中空管を通して、前記燃焼室内へ噴射されるように整列される、第１ダクトと、
第２中空管から形成される第２ダクトであって、前記第２開口部を出る前記第２燃料ジェットが、前記第２中空管を通して、前記燃焼室内へ噴射されるように整列される、第２ダクトと、
前記第１ダクトの排出端に配置される第１点火アシスト部品であって、前記第１ダクトを出る前記燃料を点火するように構成される、第１点火アシスト部品と、
前記第２ダクトの排出端に配置される第２点火アシスト部品であって、前記第２ダクトを出る前記燃料を点火するように構成される、第２点火アシスト部品と、
を備える、燃料噴射システム。
【請求項１９】
前記第１点火アシスト部品は、触媒材料の第１部分を含み、前記触媒材料の前記第１部分は、前記第１ダクトを出る前記燃料を点火するように構成され、かつ、
前記第２点火アシスト部品は、触媒材料の第２部分を含み、前記触媒材料の前記第２部分は、前記第２ダクトを出る前記燃料を点火するように構成される、請求項１８に記載の燃料噴射システム。
【請求項２０】
前記第１および第２ダクトが、前記燃料噴射装置と統合される、請求項１８に記載の燃料噴射システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、「点火アシスト付きダクテッド燃料噴射（ＤＵＣＴＥＤ  ＦＵＥＬ  ＩＮＪＥＣＴＩＯＮ  ＷＩＴＨ  ＩＧＮＩＴＩＯＮ  ＡＳＳＩＳＴ」と題する２０１６年１１月２９日に出願された米国特許出願第１５／３６４，００２号に対する優先権を主張しており、この出願は、「触媒式ダクテッド燃料噴射（ＣＡＴＡＬＹＴＩＣ  ＤＵＣＴＥＤ  ＦＵＥＬ  ＩＮＪＥＣＴＩＯＮ）」と題する２０１６年３月２２日に出願された米国仮特許出願第６２／３１１，７５３号に対する優先権を主張する。本出願はまた、「ダクテッド燃料噴射（ＤＵＣＴＥＤ  ＦＵＥＬ  ＩＮＪＥＣＴＩＯＮ）」と題する２０１５年７月１日出願の米国特許出願第１４／７８９，７８２号の一部継続出願であり、この出願は、「ダクテッド燃料噴射（ＤＵＣＴＥＤ  ＦＵＥＬ  ＩＮＪＥＣＴＩＯＮ）」と題する２０１４年１０月１日に出願された米国仮特許出願第６２／０５８，６１３号に対する優先権を主張する。これらの出願の全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、Ｓａｎｄｉａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎと米国エネルギー省との間の契約ＤＥ−ＡＣ０４−９４ＡＬ８５０００の下で開発された。米国政府は、本発明において一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
多くの最新のエンジンは、エンジンの各燃焼シリンダが燃料を燃焼室の中へ直接噴射するように構成された専用の燃料噴射装置を含むように設計されている。そのような「直噴」エンジンは、エンジン効率の増加および排気物の低減に関して、過去の設計（例えば、キャブレター）に勝るエンジン技術における改善を表すが、直噴エンジンは、比較的高いレベルの望ましくない排気物を生成する場合がある。
【０００４】
エンジン排気物は、煤煙を含む場合があり、これは、燃料過濃で酸素希薄の燃料混合物の燃焼に由来する。煤煙は、中負荷〜高負荷で運転され得るエンジンの燃焼室において一般に生成される拡散火炎の燃料過濃領域によって生成される、小さい炭素粒子を含む。煤煙は、環境危険物であり、米国の環境保護庁（ＥＰＡ）によって規制されている排気物であって、また、２番目に最も重要な気候強制種である（二酸化炭素が最も重要である）。現在、煤煙は、排気システムの中の大型で高価な粒子フィルタによって、ディーゼルエンジンの排気から除去される。また、ＮＯｘの選択的触媒還元、ＮＯｘトラップ、酸化触媒等の、他の燃焼後処理も利用しなければならない場合がある。これらの後処理システムは、煤煙／微粒子および他の望ましくない排気物の継続的かつ効率的な低減を可能にするように維持しなければならず、それ故に、初期の装置コストおよび以降のメンテナンスの双方に関して、燃焼システムのコストを更に増大させる。
【０００５】
より希薄な混合物は、煤煙、ＮＯｘ、並びに炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）等の潜在的に他の規制された排気物をあまり生成しない傾向があるので、燃焼技術の焦点は、そのような混合物において燃料を燃焼させることである。１つのこのような燃焼ストラテジは、より希薄なリフテッド火炎燃焼（ＬＬＦＣ）である。ＬＬＦＣは、約２以下の当量比で燃焼が起こるので煤煙を生成しない、燃焼ストラテジである。当量比は、実際の燃料と酸化剤との比率を、燃料と酸化剤との化学量論比で割ったものである。ＬＬＦＣは、燃焼室における燃料と充填ガス（即ち、追加的な気相化合物を有する、または有しない空気）との局所混合を高めることによって達成することができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下は、本明細書で更に詳細に説明される主題の概要である。この概要は、特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。
【０００７】
本明細書では、従来の燃焼室の構成／配設において生成される混合と比較して、燃焼室内部の局所混合率を高めるために設計された様々な技術が説明される。高められた混合速度は、燃料および充填ガスを含む１つ以上の局所的に予備混合された混合物を形成するために使用され、局所的に予備混合された混合物の点火およびその後の燃焼中に燃焼室における煤煙および／または他の望ましくない排気物の発生を最小またはゼロにすることを可能にすることを目的とする。燃料と充填ガスとを混合して、このような改善された燃料と充填ガスとの比率分布を有する、局所的に予備混合された混合物の生成を可能にするために、燃料ジェットは、それがダクトのボアを通過する（例えば、管、中空楕円柱を下る）ように方向付けることができ、燃料の通過は、ボア内に乱流が作り出されるように充填ガスをボアの中へ吸い込ませて、燃料と吸い込まれた充填ガスとの高められた混合を引き起こす。燃焼室内部の充填ガスは、追加的な気相化合物を有する、または有しない空気で構成することができる。
【０００８】
局所的に予備混合された混合物の燃焼は、燃焼室内で起こすことができ、燃料は、任意の適切な引火性または可燃性の液体または蒸気とすることができる。例えば、燃焼室は、シリンダボアの壁（例えば、エンジンブロックに形成される）、シリンダヘッドの火炎デッキ面、およびシリンダボア内を往復運動するピストンのピストンクラウンを備える様々な表面の機能として形成することができる。燃料噴射装置は、シリンダヘッドに取り付けることができ、燃料は、燃料噴射装置の先端部の少なくとも１つの開口部を介して燃焼室の中へ噴射される。燃料噴射装置の先端部の開口部について、燃料噴射装置によって噴射される燃料がダクトのボアを通過することを可能にするために、ダクトは、該開口部と整列させることができる。ボアを通って流れる燃料の高速ジェットによって局所的に作り出される低圧の結果として、充填ガスがダクトのボアの中へ吸い込まれる。ダクト壁と燃料ジェットの中心線との間の大きい速度勾配によって作り出される激しい乱流のため、この充填ガスが燃料と急速に混合し、その結果、燃料と充填ガスとの比率分布を有し、ダクトを出て、燃焼室においてその後の点火および燃焼中に、最小限またはゼロの煤煙および／または他の不所望な排気物を形成する、局所的に予備混合された混合物を形成する。
【０００９】
一実施形態において、ダクトは、ボアに沿った燃料の通過中に充填ガスをダクトのボアの中へ吸い込むことを更に可能にするために、該ダクトの長さに沿って、いくつかの穴またはスロットを有することができる。
【００１０】
別の実施形態において、ダクトは、管から形成することができ、管の壁は、互いに対して平行であり（例えば、中空シリンダ）、従って、ダクトの第１端部（例えば、吸気口）でのボアの直径は、ダクトの第２端部（例えば、排気口）でのボアの直径と同じである。別の実施形態において、管の壁は、非平行とすることができ、従って、ダクトの第１端部でのボア径は、ダクトの第２端部でのボア径と異なる。
【００１１】
ダクトは、燃焼室における利用に適している任意の材料、例えば、鋼、インコネル、ハステロイ等の金属含有材料、セラミック含有材料等から形成することができる。
【００１２】
更なる実施形態において、ダクトは、燃料噴射装置を燃焼室の中へ挿入する前に、燃料噴射装置に取り付けることができ、燃料噴射装置およびダクトを備えるアセンブリは燃焼室の一部分を形成するように位置付けられる。別の実施形態において、燃料噴射装置は、燃焼室に位置付けることができ、その後に、ダクトを燃料噴射装置またはシリンダヘッドに取り付けることができる。
【００１３】
エンジンの動作中に、ダクトのボア内部の温度は、燃焼室内部の周囲温度未満になり得、従って、燃料を燃焼室の中へ直接噴射する場合と比較して、混合物の点火遅れが増加し、自己点火前の燃料と充填ガスとの混合が更に向上する。
【００１４】
本明細書に提示される様々な実施形態を利用するエンジンの運転は、燃料／充填ガス混合物の点火遅れを増加させ得る。過度の点火遅れなしに燃料／充填ガス混合物の点火を容易にするために、１つ以上の点火アシスト部品を利用して、燃料／充填ガス混合物を点火することができる。点火アシスト部品は、グロープラグ、プラズマトーチ、集束されたレーザビームを放出するレーザ等であってもよい。更に、点火アシスト部品は、その上に配置される触媒材料の層を用いて製造することができ、この場合、点火アシスト部品は、ダクトからの燃料／充填ガス混合物の放出に対して（例えば、燃料／充填ガス混合物の流路に）配置することができ、この場合、触媒材料によって促進された燃料／充填ガス混合物の反応により、燃料／充填ガス混合物の点火を促す。
【００１５】
上記の概要は、本明細書で論じられるシステムおよび／または方法のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、簡略化された概要を提示する。本概要は、本明細書で論じられるシステムおよび／または方法の広範囲にわたる概観ではない。本概要は、当該システムおよび／または方法の鍵となる／重要な要素を識別すること、または範囲を描写することを意図しない。その唯一の目的は、後で提示されるより詳細な説明の前置きとして、いくつかの概念を簡略形態で提示することである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】例示的な燃焼室装置の断面図である。
【図２】例示的な燃焼室装置を形成する火炎デッキ、弁、燃料噴射装置、およびダクトを示す概略図である。
【図３】燃料噴射装置およびダクトの配設を備える例示的な燃焼室装置の拡大図である。
【図４】円柱状の構成を有するダクトの概略図である。
【図５Ａ】非平行側部を有するダクトの概略図である。
【図５Ｂ】砂時計プロファイルを有するダクトの概略図である。
【図５Ｃ】漏斗形状のプロファイルを有するダクトの概略図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｃは、その長さに沿って複数の穴を含むダクトを示す図である。
【図７Ａ】燃焼室の中に位置付けられた燃料噴射装置およびダクトアセンブリを示す概略図である。
【図７Ｂ】燃焼室の中に位置付けられた燃料噴射装置およびダクトアセンブリを示す概略図である。
【図８Ａ】３つのダクトおよび螺入取り付け部分を備える例示的な配設を示す図である。
【図８Ｂ】３つのダクトおよび螺入取り付け部分を備える例示的な配設を示す図である。
【図８Ｃ】燃料噴射装置アセンブリに取り付けられるダクトアセンブリの概略図である。
【図８Ｄ】燃料噴射装置アセンブリに対するダクトアセンブリの配置を容易にするために火炎デッキに取り付けられたダクトアセンブリの概略図である。
【図９Ａ】燃料噴射装置の先端部における開口部の形成をガイドするためにダクトを利用することを示す図である。
【図９Ｂ】燃料噴射装置の先端部における開口部の形成をガイドするためにダクトを利用することを示す図である。
【図１０】燃焼室において最小限またはゼロの煤煙および／または他の望ましくない排気物を形成する、燃料と充填ガスとの比率分布を有する、局所的に予備混合された混合物を作り出すための例示的な方法論を示すフロー図である。
【図１１】燃料噴射装置および少なくとも１つのダクトを備えるアセンブリを燃焼室の中に位置付けるための例示的な方法論を示すフロー図である。
【図１２】少なくとも１つのダクトを燃焼室の燃料噴射装置に位置付けるための例示的な方法論を示すフロー図である。
【図１３】ダクトを利用して先端部の開口部の形成をガイドするための例示的な方法論を示すフロー図である。
【図１４】例示的な燃焼室装置におけるダクテッド燃料構成における燃料／充填ガス混合物の点火を示す概略図である。
【図１５】例示的な燃焼室装置のダクトの排出端に配置された触媒材料によって点火される燃料／充填ガス混合物を示す概略図である。
【図１６】例示的な燃焼室装置の環状部上に配置された触媒材料によって点火される燃料／充填ガス混合物を示す概略図である。
【図１７】例示的な燃焼室装置において触媒材料で被覆された複数のロッドによって点火される燃料／充填ガス混合物を示す概略図である。
【図１８】例示的な燃焼室装置内の燃料／充填ガス混合物を点火するグロープラグを示す概略図である。
【図１９】例示的な燃焼室装置内の燃料／充填ガス混合物に点火するレーザビームを示す概略図である。
【図２０】点火アシスト部品を有する燃料／充填ガス混合物を点火するための例示的な方法論を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
１つ以上のダクトを利用して、燃焼中に最小限またはゼロの煤煙および／または他の望ましくない排気物を形成する、局所的に予備混合された燃料と充填ガスとの混合物を作り出すことに関する様々な技術が本明細書で提示される。全体を通して、同じ参照番号が、本技術の同じ要素を参照するために使用される。以下の説明では、説明の目的で、１つ以上の態様の完全な理解を提供するために、数多くの具体的な詳細が記載される。しかしながら、このような態様は、これらの具体的な詳細を伴わずに実践され得ることが明らかであり得る。他の事例では、１つ以上の態様の説明を容易にするために、よく知られている構造およびデバイスがブロック図の形態で示される。
【００１８】
更に、「または（ｏｒ）」というよう語は、排他的な「または」ではなく、包含的な「または」を意味することを意図する。即ち、別途指定されない限り、または文脈から明らかである場合を除き、「Ｘは、ＡまたはＢを用いる（Ｘ  ｅｍｐｌｏｙｓ  Ａ  ｏｒ  Ｂ）」という語句は、自然な包括的置換のいずれかを意味することを意図する。即ち、「Ｘは、ＡまたはＢを用いる」という語句は、Ｘは、Ａを用いる、Ｘは、Ｂを用いる、またはＸは、ＡおよびＢの両方を用いる、という事例のいずれかによって満たされる。加えて、本明細書および添付の特許請求の範囲で使用するときに、「ａ」および「ａｎ」という冠詞は、全般的に、別途指定されない限り、または文脈から単数形に向けられていることが明らかである場合を除き、「１つ以上（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」を意味するものとして解釈されるべきである。加えて、本明細書で使用するときに、「例示的な（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」という用語は、何かの実例または例としての役割を果たすことを意味することを意図しており、選好を示すことを意図しない。
【００１９】
図１、図２、および図３は、ダクテッド燃料噴射システムのための例示的な構成を例示する。図１は、燃焼室アセンブリ１００を通した断面図であり、断面は、図２のＸ−Ｘに沿っている。図２は、図１の方向Ｙにおける燃焼室アセンブリ１００の平面図である、構成２００を示す。図３は、図１および図２に示される燃料噴射アセンブリの拡大図である、構成３００を提示する。
【００２０】
図１〜図３は、組み合わせて燃焼室１０５を形成する、複数の共通の構成要素を集合的に示す。一実施形態において、燃焼室１０５は、エンジンのクランクケースまたはエンジンブロック１１５（完全に図示せず）内に形成される（例えば、機械加工される）シリンダボア１１０内に画定される、略円筒形状を有する。燃焼室１０５は、シリンダヘッド１２５の火炎デッキ面１２０によって一方の端部（第１端部）に、およびボア１１０内を往復運動することができるピストン１３５のピストンクラウン１３０によってもう一方の端部（第２端部）に更に画定される。燃料噴射装置１４０は、シリンダヘッド１２５の中に取り付けられる。噴射装置１４０は、燃料を燃焼室１０５の中へ直接噴射することができるように火炎デッキ面１２０を通って燃焼室１０５の中へ突出する、先端部１４５を有する。噴射装置先端部１４５は、燃料がそこを通して燃焼室１０５の中へ噴射される、いくつかの開口部１４６（オリフィス）を含むことができる。各開口部１４６は、特定の形状、例えば円形開口部とすることができ、更に、各開口部１４６は、特定の開口部直径Ｄ３を有することができる。
【００２１】
更に、燃焼室１０５は、（下で更に説明されるように）噴射装置１４０の開口部１４６を介して燃焼室１０５に噴射される燃料を方向付けるために利用することができる、該燃焼室の中に位置付けられた１つ以上のダクト１５０を有する。燃焼エンジンの従来の動作によれば、吸気弁１６０は、充填ガスの燃焼室１０５の中への吸気を可能にするために利用され、排気弁１６５は、燃焼室１０５の中で起こる燃焼プロセスの機能として該燃焼室１０５の中で形成される任意の燃焼生成物（例えば、ガス、煤煙等）を排気することを可能にするために利用される。燃焼室１０５内部の充填ガスは、追加的な気相化合物を有する、または有しない空気で構成することができる。
【００２２】
図２は、燃焼室１０５の中へ組み込むことができる複数の吸気弁１６０および複数の排気弁１６５を示す。また、図２に示されるように、１つ以上のダクト１５０を先端部１４５の周辺に配設することができ、図４の構成４００によれば、ダクト１５０は、管または中空楕円柱とすることができ、外径Ｄ１を有する外壁１５２、およびダクト１５０の長さを通過する内部ボア１５３を備え、内部ボア１５３は、直径Ｄ２を有する。図４に示されるように、ダクト１５０は、円筒状に形成することができ、よって、外壁１５２の内面１５４および外壁１５２の外面１５５は、平行であり、従って、ダクト１５０の第１端部での第１開口部１５７は、ダクト１５０の第２端部での第２開口部１５８と同じ直径を有し、例えば、第１開口部１５７（例えば、吸気口）の直径Ｄ２は、第２開口部１５８（例えば、排気口）の直径と同じである。ダクト１５０の第１端部は、開口部１４６の最も近くに（近位に、隣接して、当接して）位置付けることができ、一方で、ダクト１５０の第２端部は、ダクト１５０の第１端部の位置と比較して、開口部１４６の遠位に位置付けられる。一実施形態において、本明細書で更に説明されるように、外壁１５２の厚さは、ダクト１５０の長さに沿って変化させることができ、よって、外壁１５２の外面１５５は、円筒状であるが、内面１５４は、テーパー状とすることができ、および／または円錐形状を有することができる。更なる実施形態において、ダクト１５０の長さＬは、任意の所望の長さとすることができる。例えば、ダクト１５０は、開口部１４６の公称直径Ｄ３の約３０〜約３００倍、例えば、約３０×Ｄ３〜約３００×Ｄ３の間の長さＬを有することができる。
【００２３】
図３を参照すると、上で述べたように、先端部１４５は、燃料１８０がそこ（例えば、燃料噴射装置）を通って通過することを可能にするために、複数の開口部１４６を含むことができる。噴射装置１４０を通って流れる燃料１８０の初期容量から、複数の燃料ジェット１８５は、初期燃料１８０がそれぞれの開口部１４６を通過するときの、先端部１４５に位置付けられる開口部１４６の数およびサイズに従って形成することができる。噴射される燃料１８５の噴射方向は、図３に示される
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によって示すことができる。従って、ダクト１５０は、燃料ジェット１８５の中心線と（例えば、同軸状に）共整列させることができ、よって、燃料ジェット１８５は、開口部１４６を出て、ダクト１５０のボア１５３を通過する。図３および図４によれば、ダクト１５０の第１（近位）端部１５７は、それぞれの開口部１４６に近接して位置決めすることができ、第１端部１５７は、間隙Ｇがダクト１５０の第１端部と開口部１４６との間に存在するように位置決めすることができる。ダクト１５０の第２（遠位）端部１５８は、ダクト１５０が先端部１４５から燃焼室１０５の中へ延在するように燃焼室１０５の中に位置付けることができる。
【００２４】
上で述べたように、燃料と充填ガスとの燃料過濃混合物が燃焼を受ける状態において、望ましくない煤煙が発生する場合がある。従って、約２以下の当量比を有する燃料／充填ガス混合物を有することが望ましい。燃料ジェット１８５がそれぞれのダクト１５０のボア１５３を通って進行するときに、燃焼室１０５の中の充填ガスもまたダクト１５０の中へ吸い込まれる程度の圧力差がダクト１５０の内部に発生する。充填ガスは、ダクトボア１５３（流体速度がゼロである）と燃料ジェット１８５（流体速度が大きい）の中心線との間の高い速度勾配によって作り出される激しい乱流のため、燃料１８５と急速に混合する。乱流条件は、燃料ジェット１８５と吸い込まれた充填ガスとの間の混合速度を高めることができ、ボア１５３における燃料１８５と充填ガスとの混合の程度は、燃料ジェット１８５がダクトの通過を伴わずに単に充填ガスを満たした燃焼室１０５の中へ噴射されていた従来の構成において起こる混合の程度よりも大きくなり得る。従来の構成の場合、燃料ジェット１８５は、構成１００に従って、燃料ジェット１８５にダクト１５０を通過させることによって可能になる量よりも少ない充填ガスとの乱流混合の量を受ける。
【００２５】
図３によれば、燃料ジェット１８５の領域１８６において、燃料ジェット１８５は、高容量の燃料過濃混合物を含み、一方で、燃料ジェット１８５の領域１８７において、燃料ジェット１８５は、吸い込まれた充填ガスとの混合を受けており、領域１８６での燃料過濃混合物と比較して、領域１８７において、局所的により予備混合された混合物をもたらす。従って、図１〜図４で提示される構成１００によれば、ダクト１５０において燃料１８５と充填ガスとの間に高い程度の混合が起こり、それが、燃料と充填ガスとの比率分布を有する、局所的に予備混合された燃料／充填ガス混合物につながり、その結果、（例えば、ピストン１３５の運動によって引き起こされる圧縮加熱による）混合物の点火および燃焼時に、発生する煤煙および／または他の望ましくない排気物の量が従来の配設によって達成される量よりも少なくなる。領域１８７での「十分希薄な」混合物は、０〜２の間の当量比を有することができ、一方で、領域１８６での「過濃な」混合物は、２よりも大きい当量比を有する混合物である。
【００２６】
一実施形態において、ダクト１５０のボア１５３の直径Ｄ２は、ダクト１５０の第１端部１５７が近接するそれぞれの開口部１４６の直径Ｄ３よりも大きくすることができる。例えば、Ｄ２はＤ３よりも約２倍大きくすることができる、Ｄ２はＤ３よりも約５０倍大きくすることができる、Ｄ２はＤ３よりも任意の大きさだけ大きい直径を有することができる、例えば、Ｄ３よりも約２倍大きい〜Ｄ３よりも５０倍大きい値の範囲で選択される大きさである等、である。
【００２７】
図３に示されるように、ダクト１５０は、ダクト１５０と火炎デッキ面１２０との間をθ°の整列状態で、火炎デッキ面１２０に対して整列させることができる。θは、０°（例えば、ダクト１５０が、火炎デッキ面１２０によって形成される平面Ｐ−Ｐに対して平行に整列される）〜任意の所望の値の範囲の任意の所望の値とすることができ、ダクト１５０の整列状態は、燃料ジェット１８５の進行の
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に対して整列させることができる。一実施形態において、燃料ジェット１８５が、火炎デッキ面１２０、平面Ｐ−Ｐに対して実質的に平行に整列された方向に、燃料噴射装置１４０のそれぞれの開口部１４６を出る場合、ダクト１５０もまた平面Ｐ−Ｐに対して実質的に平行に整列させることができる。ダクト１５０の整列状態に関する考慮事項は、ピストン１３５の往復運動、吸気弁１６０、および排気弁１６５との干渉を防止することであり、例えば、ダクト１５０は、ピストンクラウン１３０、吸気弁１６０、または排気弁１６５と接触しないように整列させなければならない。
【００２８】
図４は、ダクト１５０が円筒形態を有し、壁１５２の外面１５５が内面１５４に対して平行である（例えば、ボア１５３が全体を通して一定の直径Ｄ２を有する）状態を示しているが、ダクト１５０は、任意の所望のセクションで形成することができる。例えば、構成５００において、図５Ａに示されるように、ダクト５１０は、外壁５１５を有して形成することができ、該外壁は、ダクト５００の第１端部での第１開口部５２０（例えば、吸気口）が、ダクト５１０の第２端部での第２開口部５３０（例えば、排気口）の直径Ｄ５と異なる直径Ｄ４を有する程度のテーパー状である。構成５００は、直円錐の中空円錐台であるとみなすことができる。別の構成５５０において、図５Ｂに示されるように、ダクト５６０は、「砂時計」プロファイルを有する外壁５６５を有して形成することができ、中央部分は、ダクト５６０の第１端部および第２端部のそれぞれの直径Ｄ７（第１開口部）および直径Ｄ８（第２開口部）よりも狭い直径Ｄ６を有することができる。第１開口部の直径Ｄ７は、第２開口部の直径Ｄ８と同じ直径を有するか、またはＤ７＞Ｄ８、もしくはＤ７＜Ｄ８とすることができることを認識されたい。加えて、説明を簡潔にするために、図５Ａ〜図５Ｃに示されるダクト壁のプロファイルは、直線で構成することができるが、これらの壁のプロファイルは、同様に区分的に湾曲した線から生成することができることを認識されたい。更なる構成５７０において、図５Ｃに示されるように、ダクト５８０は、「漏斗形状の」プロファイルを有する外壁５８５を有して形成することができ、直径Ｄ９を有する中央部分は、ダクト５８０の第１端部の第１開口部での直径Ｄ１０と同じであり、一方で、直径Ｄ９は、ダクト５８０の第２端部での第２開口部の直径Ｄ１１よりも小さい。代替的に、ダクト５８０は、直径Ｄ１１を有する開口部を開口部１４６に位置付けることができるように、開口部１４６に対して向きを変えることができ、よって、燃料１８５の通過は、直径Ｄ１０を有する開口部から出てくる前に狭窄される。本明細書では説明されないが、他のダクトプロファイルを、本明細書で提示される１つ以上の実施形態に従って利用することができることを認識されたい。
【００２９】
更に、図６Ａ〜図６Ｃに示されるように、ダクトの管状壁は、燃料のダクト通過中に充填ガスのダクトの中への進入を可能にするために該管状壁に形成される、少なくとも１つの穴（穿孔、開口、開口部、オリフィス、スロット）を有することができる。図６Ａの構成６００によれば、ダクト６１０が示され、ダクト６１０には、ダクト６１０の側部に形成され、壁６２０を通って内部ボア６３０の中へ延在する、複数の穴Ｈ１〜Ｈｎが製作されており、ここで、ｎは、正の整数である。図６Ａは、ダクト６１０の壁６２０の中へ形成される５つの穴Ｈ１〜Ｈｎを提示しているが、任意の数の穴およびそれぞれの配置を利用して、充填ガスの吸い込みおよびその後のダクト６１０を通過する充填ガスと燃料との混合を可能にすることができることを認識されたい。穴Ｈ１〜Ｈｎは、任意の適切な製作技術、例えば従来の穴あけ、レーザ穴あけ、放電加工（ＥＤＭ）等によって形成することができる。
【００３０】
図６Ｂの構成６０１は、噴射装置先端部１４５の開口部１４６からダクト６１０のボア６３０を通して噴射されている燃料ジェット６８５を示す、ダクト６１０の断面図である。燃料ジェット６８５は、最初に、燃料過濃領域６８７を備える。しかしながら、充填ガスがボア６３０の中へ吸い込まれると、（上で説明されるように）燃料６８５と充填ガスとの混合が起こり、よって、領域６８８は、燃料と充填ガスとの比率分布を有する、局所的に予備混合された混合物を含み、その後の燃焼中に、「十分希薄な」混合物は、煤煙および／または他の望ましくない排気物の発生が最小である、または全くない燃焼を受ける。図示されるように、構成６０１に関して、ダクト６１０の第１端部６１１と先端部１４５との間にはいかなる分離（例えば、いかなる間隙Ｇ）もなく、ダクト６１０の第１端部６１１は、開口部１４６に当接する。構成６０１に関して、充填ガスのボア６３０の中への進入は、ダクト６１０の第１端部６１１と先端部１４５との間に間隙がないことによって排除されるが、ダクト６１０の中への穴Ｈ１〜Ｈｎの組み込みは、充填ガスが穴Ｈ１〜Ｈｎを通ってボア６３０の中へ吸い込まれることを可能にして、局所的に予備混合されたジェット６８５の形成を可能にする。ダクト６１０は、先端部１４５に対して垂直に（例えば、
2019510157.tif 000005
に対して平行に）整列されているように示されているが、ダクト６１０は、燃料ジェット６８５のダクト６３０を通した流れを可能にするために、先端部１４５（および開口部１４６）に対して任意の角度で位置決めすることができる。
【００３１】
図６Ｃは代替の構成６０２を提示し、ダクト６１０の第１端部６１１は、先端部１４５からダクト６１０の第１端部６１１を分離する間隙Ｇを伴って、先端部１４５および開口部１４６に近接して位置付けられる。間隙Ｇは、穴Ｈ１〜Ｈｎを介してボア６３０の中へ吸い込まれている充填ガスを補充するために、更なる充填ガスをダクト６１０の中へ吸い込むことを可能にする。
【００３２】
本明細書の様々な実施形態によれば、複数のダクトを噴射装置先端部１４５に近接して位置決めすることができ、それによって、複数のダクトを噴射装置先端部１４５に取り付けることができ、噴射装置先端部１４５およびダクトアセンブリをシリンダヘッド１２５／火炎デッキ面１２０に位置付けて燃焼室を形成することができる。例えば、図７Ａおよび図７Ｂに示される構成７００よれば、ダクト１５０をスリーブ７１０（シュラウド）または類似する構造に取り付けることができ、これを噴射装置１４０とともに支持ブロック７２０の中へ組み込むことができる。シリンダヘッド１２５は、開口部７３０を含むことができ、支持ブロック７２０、噴射装置１４０、スリーブ７１０、およびダクト１５０は、図７Ｂに従って、噴射装置１４０およびダクト１５０の位置が燃焼室１０５の形成を可能にするために、火炎デッキ面１２０（例えば、平面Ｐ−Ｐ）に対して位置決めされ、それぞれのダクト１５０は、燃料ジェット（例えば、燃料ジェット１８５）がボア１５３を通って通過することを可能にするために、噴射装置１４０のそれぞれの開口部１４６に対して位置付けることができる。
【００３３】
別の実施形態において、噴射装置先端部は、火炎デッキに予め位置付けることができ、その後に、ダクトを噴射装置先端部に取り付けることができる。図８Ａおよび図８Ｂの構成８００に示されるように、ロケーターリング８１０は、それに取り付けられた複数のダクト１５０を有する。ロケーターリング８１０は、ロケーターリング８１０を取り付けるための手段を含むことができ、例えば、ロケーターリング８１０の内面８１５を螺入することができ、ダクト１５０がそれぞれコネクタ８１７によって取り付けられる。図８Ｃに示されるように、構成８５０、ロケーターリング８１０、およびダクト１５０は、噴射装置１４０と組み合わせて組み立てることができる。その中に組み込まれた噴射装置１４０を有するスリーブ８２０または類似する構造は、ロケーターリング８１０の取り付け機構を賞賛する取り付け手段を更に備えることができる。例えば、スリーブ８２０は、ロケーターリング８１０を螺入することができる螺入端部８２５を含むことができ、それぞれのダクト１５０は、燃料ジェット（例えば、燃料ジェット１８５）がボア１５３を通って通過することを可能にするために、噴射装置１４０のそれぞれの開口部１４６に対して位置付けることができる。
【００３４】
噴射装置先端部１４５の周囲に配設されるダクト１５０の数は、任意の所望の数Ｎ（先端部１４５の開口部１４６の数と一致する）とすることができ、ここで、Ｎは、正の整数であることを認識されたい。従って、図２は、６つのダクト１５０を備える構成２００を例示しているが、図８Ａおよび図８Ｂは、噴射装置先端部１４５の３つの開口部１４６に対して位置決めされる３つのダクト１５０を備える構成８００を示す。
【００３５】
更なる実施形態では、ダクトは、火炎デッキに、直接的に、またはロケーターリングもしくは取り付け用の他の機構を介して取り付けることができる。図８Ｄの構成８６０に示すように、ロケーターリング８７０は、そこに取り付けられる複数のダクト１５０を有する。ロケーターリング８７０は、ロケーターリング８７０を取り付けるための手段を含むことができ、例えば、ロケーターリング８７０の外面は、コネクタ８１７によってそれぞれ取り付けられたダクト１５０に螺入させることができる。螺入された外面は、火炎デッキ面１２０内に（例えば、位置８７５にて）延在するネジ山に取り付けることで、噴射装置１４０の先端部１４５の各開口部１４６に対する各ダクト１５０の配置を容易にすることができる。ダクト１５０を火炎デッキに取り付ける他の方法も利用可能であることを理解されたい。一例では、ダクト１５０は、例えば、ネジを用いて火炎デッキ１２０に個別に取り付けることができる。別の例では、ロケーターリング１８０は、位置８７５にて火炎デッキ１２０に、例えば溶接によって取り付けることができる。
【００３６】
一態様では、ダクトのボアにおける燃料と充填ガスとの混合を最大にするために、燃料噴射装置の開口部からの燃料の排出方向をボアの中心線と正確に共整列させることが有益であり得る。このような正確な共整列状態を達成するために、ボアを利用して開口部の形成を支援することができる。このような手法は、図９Ａおよび図９Ｂに示される。図９Ａに示されるように、ダクト１５０は、ダクト１５０の第１端部１５７が噴射装置先端部１４５に当接する（例えば、いかなる間隙Ｇもない）ように（例えば、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃを参照して説明されるように）位置決めされる。ダクト１５０は、火炎デッキ面１２０の平面Ｐ−Ｐ、および燃料ジェット（例えば、燃料１８５、６８５）が進行する所望の進行
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を基準にして所望の角度θ°で整列される。
【００３７】
所望に応じて位置決めされたダクト１５０によって、開口部１４６を先端部１４５に形成することができる。一実施形態において、開口部１４６は、放電加工（ＥＤＭ）によって形成することができるが、任意の適切な製作技術を利用して開口部１４６を形成することができることを認識されたい。図示されるように、ダクト１５０は、ＥＤＭの動作を所望の角度で行うことを可能にするために利用することができ、例えば、ダクト１５０は、燃料ジェットが進行
2019510157.tif 000007
の方向に流れることを可能にするための配列状態を有する開口部１４６の形成を可能にする角度で、ツールピース（例えば、ＥＤＭの電極）をガイドするために利用することができる。図９Ａおよび図９Ｂは、噴射装置先端部１４５に当接し、更に、ダクト１５０の長さに沿っていかなる開口部も有しないダクト１５０を示しているが、他の配設（例えば、図１〜図８Ｃに示される様々な構成のうちのいずれか）を利用することができることを認識されたい。例えば、ダクト１５０の第１端部１５７は、例えば間隙Ｇを介して、噴射装置先端部１４５に近接して位置決めすることができる。更なる例において、ダクト１５０は、その長さに沿って１つ以上の穴（例えば、穴Ｈ１〜Ｈｎ）を含むことができる。別の例において、ダクト１５０は、構成７００または８５０のいずれかに従って、噴射装置先端部１４５に近接して取り付けることができる。
【００３８】
ダクト１５０は、燃焼室における利用に適している任意の材料、例えば、鋼、インコネル、ハステロイ等の金属含有材料、セラミック含有材料等から形成することができる。
【００３９】
本明細書で提示される様々な実施形態は、任意のタイプの燃料および酸化剤（例えば、酸素）に適用することができ、そのような燃料としては、ディーゼル、ジェット燃料、ガソリン、粗製もしくは精製石油、石油留出物、炭化水素（例えば、直鎖状、分岐状、もしくは環状アルカン、芳香族化合物）、酸素化物（例えば、アルコール、エステル、エーテル、ケトン）、圧縮天然ガス、液化石油ガス、バイオ燃料、バイオディーゼル、バイオエタノール、合成燃料、水素、アンモニア、その他、またはこれらの混合物を挙げることができることを認識されたい。
【００４０】
更に、本明細書で提示される様々な実施形態は、圧縮点火エンジン（例えば、ディーゼルエンジン）を参照して説明されているが、該実施形態は、直噴エンジン、他の圧縮点火エンジン、スパーク点火エンジン、ガスタービンエンジン、産業ボイラー、任意の燃焼駆動システム、その他等の任意の燃焼技術に適用することができる。
【００４１】
更に、煤煙の発生を低減させるだけでなく、本明細書で提示される様々な実施形態はまた、他の望ましくない燃焼生成物の排気物を減じることもできる。例えば、燃焼中にダクトのボア（例えば、ダクト１５０のボア１５３）の出口またはその下流にて、燃料と充填ガスとの正しい比率分布を有する局所的に予備混合された混合物が準備された場合、一酸化窒素（ＮＯ）、窒素および酸素を含む他の化合物、未燃焼炭化水素（ＨＣ）、および／または一酸化炭素（ＣＯ）の排出を減じることができる。
【００４２】
図１０〜図１３および図２０は、燃料と充填ガスとの比率分布を有する、局所的に予備混合された混合物を形成して、燃焼中に形成される煤煙および／または他の望ましくない排気物の発生を最小にするための例示的な方法論を示す。本方法論は、あるシーケンスにおいて行われる一連の行為であるように示され、説明されるが、本方法論は、該シーケンスの順序に限定されないことを理解され、認識されたい。例えば、いくつかの行為は、本明細書で説明される順序と異なる順序で起こり得る。加えて、ある行為は、別の行為と同時に起こり得る。更に、いくつかの場合では、本明細書で説明される方法論を実施するために全ての行為が必要とされない場合がある。
【００４３】
図１０は、燃焼前に燃料の混合を増加させるための方法論１０００を示す。１０１０では、ダクトが燃料噴射装置の先端部のオリフィスに近接して位置付けられ、および／または整列される。ダクトは、外壁によって形成される内部ボアを伴う中空管とすることができる。上で説明したように、ダクトの内部ボアを通して燃料を方向付けることによって、ダクトを出る、燃焼中に最小限またはゼロの煤煙および／または他の望ましくない排気物を形成する、局所的に予備混合された混合物の発生を引き起こすように起こる乱流混合を伴って、充填ガスがダクトの中へ吸い込まれる。更に上で述べたように、いくつかの穴を外壁に形成して、燃焼室からの更なる充填ガスの吸い込みを促進して、燃料と充填ガスとの改善された比率分布を有する、局所的に予備混合された混合物の形成を促すことができる。
【００４４】
１０２０では、燃料噴射装置によって燃料を噴射することができ、燃料は、オリフィスを通過して、ダクトのボアの中へ入る。燃料のダクトの通過は、燃料とボアの中へ吸い込まれた充填ガスとの混合を引き起こして、混合レベルが、燃料と充填ガスとの改善された比率分布を有する、所望の局所的に予備混合された混合物を形成することを可能にする。
【００４５】
１０３０では、ダクトを出る燃料と充填ガスとの改善された比率分布を有する、局所的に予備混合された混合物は、燃焼エンジンの動作の機能としての点火を受けることができる。局所的に予備混合された混合物の点火は、結果として、従来の燃焼エンジンまたはデバイスにおいて利用される「過濃」混合物の燃焼から形成される望ましくない排気物のより多い量と比較して、煤煙がほとんどまたは全く形成されない。
【００４６】
図１１は、燃焼室の中へ組み込むための燃料噴射装置に少なくとも１つのダクトを位置付けるための方法論１１００を示す。１１１０で、少なくとも１つのダクトを燃料噴射装置の先端部の開口部に近接して位置付けることができる。一実施形態において、燃料噴射装置は、スリーブに配置して、燃料噴射装置の先端部がスリーブの第１端部から突出するようにアセンブリを形成することができる。少なくとも１つのダクトは、燃料ジェットが燃料噴射装置のそれぞれの開口部を通過するときに燃料ジェットがダクトのボアを通過するように少なくとも１つのダクトが整列されるように、スリーブの第１端部に取り付けることができる。少なくとも１つのダクトは、任意の適切な技法、例えば溶接、機械的取り付け等によって、第１スリーブの端部に取り付けることができる。
【００４７】
１１２０で、燃料噴射装置、スリーブ、および少なくとも１つのダクトを備えるアセンブリをシリンダヘッドの開口部に配置して、燃料噴射装置の先端部および少なくとも１つのダクトを、所望に応じて、シリンダヘッドの火炎デッキ面の平面Ｐ−Ｐに対して位置決めすることができ、これは、燃焼室の一部分を更に形成する。
【００４８】
図１２は、少なくとも１つのダクトを燃焼室の中へ組み込まれた燃料噴射装置に位置付けるための方法論１２００を示す。１２１０で、燃料噴射装置をシリンダヘッドの開口部に配置して、燃料噴射装置を、所望に応じて、シリンダヘッドの火炎デッキ面の平面Ｐ−Ｐに対して位置決めすることを可能にすることができる。シリンダヘッドは、ピストンクラウンおよびシリンダボアの壁と組み合わせて、燃焼室を形成する。
【００４９】
１２２０で、少なくとも１つのダクトを燃料噴射装置の先端部に、または該先端部に近接して取り付けることができ、よって、各整列されたダクトに対して燃料噴射装置の先端部の各開口部から噴射される燃料の進行方向に対して少なくとも１つのダクトを位置付ける、および／または整列させることができる。
【００５０】
図１３は、ダクトを利用して燃料噴射装置の先端部の開口部の形成をガイドするための方法論１３００を示す。１３１０で、ダクトが燃料噴射装置の先端部に位置付けられ、該ダクトは、先端部に当接するように位置決めするか、またはダクトの第１（近位）端部との間に間隙Ｇを伴って位置決めすることができる。ダクトは、燃料が燃料噴射装置から燃焼室の中へ噴射される方向に従って整列させることができ、例えば、ダクトは、燃焼室の火炎デッキ面の平面Ｐ−Ｐに対してθ°の角度で整列される。
【００５１】
１３２０で、開口部を燃料噴射装置の先端部に形成することができる。上で説明したように、ダクトを利用して、開口部の形成をガイドすることができる。例えば、開口部がＥＤＭによって形成される場合は、ダクトのボアを利用して、開口部が形成される燃料噴射装置の先端部のある地点までＥＤＭの電極をガイドすることができる。その後に、標準的なＥＤＭの手順に従って開口部の形成が起こり得る。それに応じて、開口部は、所望の位置に形成され、例えば、ダクトのボアのプロファイルを形成する円の中心に対して中心線上に配置される。また、開口部の壁は、例えば
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に対して平行に整列させて、燃料ジェットが、ボア内で中心線上に位置付けられるダクトのボアに沿って噴射されて、燃料と燃焼室から吸い込まれる充填ガスとの混合を最大にすることを可能にすることができる。
【００５２】
煤煙白熱光の測定に関して実験を行ったが、該実験は、ダクトを用いて燃料を燃焼室の中へ噴射したときにＬＬＦＣが達成されたかどうかを示す。実験では、ＬＬＦＣが達成され、例えば、煤煙を形成しなかった化学反応が燃焼イベントの全体を通して維持された。ＯＨ＊化学発光を利用して、火炎のリフトオフ長さ（例えば、燃料噴射装置の開口部（オリフィス）と自己発火ゾーンとの間の軸方向距離）を測定した。ＯＨ＊は、高温の化学反応がエンジン内部で起こっているときに作り出され、その最上流の場所は、噴射装置から燃料が燃焼し始める場所までの軸方向距離、例えばリフトオフ長さを示す。
【００５３】
実験中の条件は、表１に提示される。
【表１】
2019510157.tif 000009
【００５４】
高い煤煙白熱光信号飽和を示す、ベースラインを自由に伝播するジェット（「自由ジェット」）が観察され、ダクトを適所に伴わない状態では、かなりの量の煤煙が生成されたことを示した。次に、ダクテッドジェットの燃焼を調査した。約３ｍｍ、約５ｍｍ、および約７ｍｍのダクト内径、並びに約７ｍｍ、約１４ｍｍ、および約２１ｍｍのダクト長さを含む、複数のダクト直径およびダクト長を試験した。
【００５５】
その後に、自由ジェットについて上で参照したものと同じ撮像条件および類似する動作条件を使用して、このようなダクテッドジェットの実験を行ったが、内径３ｍｍ×長さ１４ｍｍのテーパーのない鋼製ダクトを、噴射装置から約２ｍｍ下流（例えば、間隙Ｇ＝約２ｍｍ）に位置決めした。煤煙白熱光信号は、ほとんど飽和を示さなかったが、これは、生成された煤煙が、もしあったとしても、最小であったことを示す。ダクト後の火炎は、燃焼室を軸方向に横切って移動するときに、ベースラインの実験における自由ジェット火炎と同じ幅まで広がらなかった。
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の周りに集中する燃焼火炎が、（上で説明したように）ダクトによって引き起こされた混合の組み合わせによって、更には、ダクトへの熱伝達機能としてもたらされた。ダクトは、燃焼室の周囲条件よりも低い温度（例えば、９５０Ｋ）で動作していたが、それに応じて、ダクトは、噴射された燃料が自由ジェットの火炎において経験するよりも低い温度環境の中（例えば、ダクトのボア内）を進行することを可能にした。
【００５６】
燃料がダクトを流れている間に発生する乱流の程度は、ダクトのボア内の条件についてレイノルズ数（Ｒｅ）を決定することによって計算した。式１による：
【数１】
2019510157.tif 000011
式中、ρは、周囲密度であり、Ｖは、速度であり、Ｌは、ダクト直径であり、μは、動粘度である。速度Ｖは、式２によって算出した：
【数２】
2019510157.tif 000012
式中、ｐｉｎｊは、燃料噴射圧力であり、ｐａｍｂは、周囲圧力であり、Ｐｆは、燃料の密度である。式１および式２に動作条件を適用することで、少なくとも１×１０４のレイノルズ数が発生したが、これは、乱流条件がダクト内に存在することを示す。
【００５７】
上で述べたように、ダクト１５０を通る燃料ジェット１８５の乱流は、燃料ジェット１８５と、例えば噴射された燃料ジェット１８５の高い速度によって確立されるダクト入口の近傍における低い局所的な圧力の結果としてダクト１５０の外側から（例えば、間隙Ｇおよび／または穴Ｈ１〜Ｈｎを通して）吸い込まれた充填ガスとの混合を引き起こした。ダクト１５０内に確立された乱流の混合速度は、ダクト内の速度勾配の関数であると考えることができ、これは、所与の軸方向位置での中心線流体速度を、所与の軸方向位置でのダクト直径で割ったものにおよそ比例するであろう。
【００５８】
本明細書に提示されている様々な実施形態は、多数の燃焼装置の用途において利用することができ、この燃焼装置は、圧縮点火（ＣＩ）レシプロエンジン、スパーク点火（ＳＩ）レシプロエンジン、ガスタービン（ＧＴ）エンジン、バーナーおよびボイラー、ウェルヘッド／製油所フレア等を含むことができる。
【００５９】
図１４は、燃料および充填ガス混合物の点火の概略図１４００を示す。図１４に示すように、燃料噴射装置１４１０は、軸１４１５に沿ってダクト１４２０と軸方向に整列しており、燃料１４３０は、充填ガスＣＧと混合されて燃料／充填ガス混合物１４４０を形成する。ダクト１４２０の第１端部（近位端部）１４５０は、燃料噴射装置１４１０に近接して位置しており、ダクト１４２０の第２端部（遠位端部）１４６０は、燃料噴射装置１４１０から遠位に位置している。続いて、燃料／充填ガス混合物１４４０は、遠位端部１４６０から排出されて（本明細書に提示された様々な実施形態に基づいて）燃焼室に進入する。燃料／充填ガス混合物は、位置１４７０で点火されて、火炎１４８０を形成するが、この位置１４７０の配置は、ダクトを配置する燃焼室の構成、燃料の種類、利用される点火技術（例えば、グロープラグ、スパークプラグ、圧縮に基づく点火）等の要素によるものであり、位置１４７０は、ダクト１４２０の遠位端部１４６０から距離Ｄ１２に位置する。前述したように、燃料ジェット１４３０の周囲のダクト１４２０の配置を利用して、点火前の燃料／酸化剤混合の程度を向上させ、かつ最適化し、より低い排気物、より高い燃焼効率、および改善された火炎安定性をもたらすことができる。一態様では、燃料／充填ガス混合物１４４０の点火は、ダクテッド燃料噴射技術を利用する特定のエンジンの動作において望ましい瞬間よりも遅い瞬間に行われてもよい。例示的な実施形態では、点火遅れは、ダクテッド燃料噴射技術を利用していないエンジンと比較して、エンジンにおける有害な操作効果、例えば、ノイズの増加をもたらし得る。火炎ホルダ１４７５は、図１４に示すシステムの一部として利用することができる。
【００６０】
前述したように、本明細書で提示する様々な実施形態は、２未満の等量比を有する燃料と充填ガスとの混合物が点火を達成して、煤煙の形成を防ぐように、ダクト（例えば、ダクト１５０、１４２０）を配置／整列することができる、ＣＩレシプロエンジンに利用することができる。更に、燃料／充填ガス混合物の比が１未満であるダクト構成では、窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出も低下し、ダクト（例えば、ダクト１５０、１４２０）により、燃料ジェット（例えば、燃料ジェット１８５、１４３０）の側面上での過剰混合の発生を防ぐ程度まで、ＨＣおよびＣＯの排気量も低減することができる。より低い煤煙、ＨＣ、およびＣＯ排出量は、より高い燃焼効率に対応する。記載されているように（例えば、図２参照）、燃焼室内に１つ以上の燃料ダクトを配置して、ＣＩエンジンの性能を高め、高価な排気ガス後処理システムの必要性を低減することができる。様々な実施形態は、例えば、液体燃料、気体燃料、またはその両方によって燃料される全てのサイズクラスのＣＩエンジンに適用することができる。
【００６１】
ＳＩレシプロエンジンの場合、例示的な構成では、直接噴射される燃料ジェット（例えば、燃料ジェット１８５、１４３０）が最初にダクトを通過し、続いて、燃料点火器下流を通過するようにダクト（例えば、ダクト１５０、１４２０）を配置して、点火する燃料／充填ガス混合物が２未満の当量比を有することにより、煤煙が形成されるのを防ぐようにする。ダクトを、点火する燃料／充填ガス混合物が１未満の当量比を有するように構成することができる場合、ＮＯｘ排出も低下し、ダクトがジェットの側面上での過剰混合の発生を防止する程度まで、ＨＣおよびＣＯの排気量も削減される。より少ない煤煙、ＨＣおよびＣＯの排気は、より高い燃焼効率に対応し、点火器にて狭い範囲の最適な当量比を生成するように受動的または能動的にダクト構成を調整することにより、燃焼の周期的変動性を低減することができる。ＳＩエンジン性能を向上させ、高価な排気ガス後処理システムの必要性を低減するために、燃焼室内に１つ以上のダクトを配置することができる。そのような構成は、例えば、液体燃料、気体燃料、またはその両方によって燃料供給される、全てのサイズクラスのＳＩエンジンに適用することができる。
【００６２】
ＧＴレシプロエンジンの場合、例示的な構成では、直接噴射される燃料ジェット（例えば燃料ジェット１８５、１４３０）が最初にダクトを通過し、続いて、点火器および／または火炎ホルダ下流（例えば、１４７５）を通過するようにダクト（例えば、ダクト１５０、１４２０）を配置して、点火する燃料／充填ガス混合物が１未満の等量比を有することにより、煤煙の生成を防止し、ＮＯｘ排出を低減し、ＨＣおよびＣＯの排出をもたらす過剰混合を防ぐようにする。より少ない煤煙、ＨＣおよびＣＯの排出は、より高い燃焼効率に対応し、ダクト構成を受動的または能動的に調整することで、火炎の安定性を高めることができる。１つ以上のダクトを燃焼器内に配置して、ＧＴエンジン性能を向上させ、排気物を低減することができる。このような構成は、例えば、液体燃料、気体燃料、またはその両方によって燃料を供給される全てのサイズクラスの移動式および固定式ＧＴエンジンに適用することができる。
【００６３】
バーナーおよび／またはボイラーの場合、例示的な構成では、直接噴射される燃料ジェット（例えば、燃料ジェット１８５、１４３０）が最初にダクトを通過し、続いて、点火器および／または火炎ホルダ下流（例えば、１４７５）を通過するようにダクト（例えば、ダクト１５０、１４２０）を配置して、点火する燃料／空気混合物が所望の当量比を有するようにする。ダクト構成を受動的または能動的に調整することにより、性能および火炎安定性を高めることができる。狭い範囲の化学量論的範囲内の燃料過濃な混合物を使用して、過剰な煤煙の排出を生じさせることなく放射熱移動を最大化することができる一方、燃料希薄混合物を使用して煤煙の生成を低減し、ＮＯｘ排出を低減し、ダクトが燃料ジェットの側面上で過剰混合の発生を防止する程度まで、ＨＣおよびＣＯの排気量も削減される。より少ない煤煙、ＨＣおよびＣＯの排気は、より高い燃焼効率に対応している。性能を向上させ、および／または高価な排気ガス後処理システムの必要性を低減するために、バーナーシステム内に１つ以上のダクトを配置することができる。このような構成は、例えば、液体燃料、気体燃料、またはその両方によって燃料を供給される、全てのクラスサイズの工業用バーナーおよびボイラーに適用することができる。
【００６４】
ダクテッド点火部品は、可燃性ガスおよび他の材料をガスフレア操作、例えば、ウェルヘッドガスフレア、製油所ガスフレアで燃焼させるように構成された装置に利用される燃焼装置の一部を形成することができる。ウェルヘッド／製油所フレア用途では、例示的な構成では、フレアガスの直接噴射されたジェット（例えば、燃料ジェット１８５、１４３０）が最初にダクトを通過し、続いて、点火器および／または火炎ホルダ下流を通過するようにダクト（例えば、ダクト１５０、１４２０）を配置して、点火する燃料／空気混合物が１未満の当量比を有することで、煤煙の生成を防止し、ＮＯｘ排出を低減し、ＨＣおよびＣＯの排出をもたらす過剰混合を防ぐようにする。ダクト構成を受動的または能動的に調整することで、火炎の安定性を高めることができる。このような構成は、全てのサイズのフレア動作に適用することができる。
【００６５】
本明細書に記載されるように、ダクテッド燃料噴射（ＤＦＩ）は、直接噴射される燃料ジェットにおける点火前の燃料／充填ガス予備混合の程度を高めるのに有効であり得る。一実施形態では、ダクトおよび／またはダクトに取り付けられるか、および／またはダクトの上流もしくは下流に配置され得る別の特徴（例えば、リングまたはロッド）の１つ以上の表面（例えば、内面）に触媒材料を適用することができる。触媒材料は、ダクト内およびダクトの下流に形成された部分的に予備混合された混合物の点火遅れを短くして、最初の予備混合された自己点火事象中に放出される熱量を低減し、それにより、ダクトが使用されるＣＩエンジン（またはその他の燃焼装置）によって生成されるノイズを低下させるように構成することができる。いくつかの用途および／または運転条件では、ダクトの端部付近の（例えば、開口部１５８における）混合物は、最適な燃焼システム性能のために点火アシストを必要とする場合がある。これは、例えば、自己点火遅れが長すぎる場合、または点火アシストなしに所定の条件下ではサイクル変動が大きすぎる場合に発生する可能性がある。性能を向上させるためにＤＦＩと結合することができる可能な点火アシスト技術は、触媒材料、高温表面（例えばグロープラグ）、スパーク、プラズマ（熱または非平衡）、レーザ点火等を含み、点火アシスト部品は、グロープラグ、スパークプラグ、プラズマトーチ、集束レーザビームを放出するレーザ等であってもよい。更に、点火アシスト部品は、その上に配置された触媒材料の層を用いて製造することができ、点火アシスト部品は、（例えば、燃料／充填ガス混合物の流路内の）ダクトからの燃料／充填ガス混合物の放出に関連して配置されてもよく、ここで、触媒材料によって促進された燃料／充填ガス混合物の反応により、燃料／充填ガス混合物の点火を促す。
【００６６】
一実施形態では、点火アシスト部品は、触媒点火アシスト用の材料を含むことができ、触媒点火アシストは、特に複数のダクトを有する状況において、直接的に実施することができる。触媒点火アシストは、完全な、受動的な解決を容易にする触媒材料とすることができ、例えば、触媒点火アシストは、触媒部品自体の設置を超えて燃焼システムを変更する必要がない。そのような不要な修正には、電気システム、配線、および／またはウインドウが含まれ、これらは点火アシスト装置自体（例えば、グロープラグ、スパークプラグ、プラズマ発生器、またはレーザ）に加えられる。燃焼システム内で複数の高温表面、スパーク、プラズマ、またはレーザ点火アシスト装置を適用することは、本質的に複雑および／または高価な場合があるが、触媒材料を含む部品を複数のダクトの端部付近に配置することができる。
【００６７】
一実施形態では、触媒材料の層（コーティング）をダクトの１つ以上の表面（例えば、ダクトの内径表面）に施すことができる。図１５の構成１５００は、触媒材料の層１５１０が（例えば、ダクト１４２０と同様の）ダクト１５２０に適用された例示的な構成を示す。一実施形態では、触媒材料層１５１０は、ダクト１５２０の下流（遠位）端部１５２５に適用される。触媒材料１５１０は、例えば純粋な白金族金属、点火促進材料もしくは結合剤または他のマトリックス中に保持される任意の適切な材料を含むことができる。触媒材料１５１０は、製造中にダクト１５２０に組み込むことができ、または例えばウォッシュコートとしてのプラズマスプレー堆積法等によって、製造後にダクト１５２０に適用することができる。触媒材料１５１０と燃料／充填ガス混合物１４４０との相互作用により、例えば、図１５に示すような、触媒点火アシストを利用しないシステムにおけるよりも早く発生する、燃料／充填ガス混合物１４４０の点火に繋がる化学反応を生じさせる触媒材料１５１０の結果として、燃料／充填ガス混合物１４４０の点火遅れを短縮するように機能することができ、この場合、火炎１５４０が領域１５３０（ダクト１５２０の遠位端部１５２５から距離Ｄ１３）で発生した後に触媒点火アシストによる点火が行われ、非触媒式点火アシストシステムにおける点火は位置１４７０（ダクト１５２０の遠位端部１５２５から距離Ｄ１２）で発生し、破線で示すように火炎１４８０が発生する。触媒コーティング１５１０は、そのような堆積物を燃焼させるのをアシストすることができるので、炭素質堆積物が任意の被覆された部品の上および／または内部に形成するのを防止するのに役立ち得る。
【００６８】
図１６の構成１６００では、その上に形成された触媒材料の層１６１５を有する環状部１６１０は、半径方向の対称軸が、線１６３０によって示されるように、ダクト１６２０の軸線と同一直線上になるように配置された、触媒点火アシストシステムを利用する別の実施形態を示す。一実施形態では、触媒材料の層１６１５は、内側表面（例えば、内側同心表面、環状部１６１０を形成する内側リングの表面）上に配置されて、燃料／充填ガス混合物１４４０が内側リングを通過し、触媒材料１６１５により、燃料／充填ガス混合物１４４０内の反応を促進させる。図１６に示すように、環状部１６１０は、ダクト１６２０の下流側端部１６２５から距離Ｄ１４に配置することができる。環状部１６１０上に配置された触媒材料層１６１５によって促進される点火に起因して、燃料／充填ガス混合物１４４０の点火は、Ｄ１５およびＤ１２（Ｄ１５＜Ｄ１２）における差異において図示されるように、非触媒点火アシストシステムが生じる位置１４７０よりもダクト１６２０に近接して配置された領域１５３０で生じる。環状部１６１０は、鋼、インコネル、ハステロイ等の金属含有材料、セラミック含有材料等から製造することができる。
【００６９】
図１７の構成１７００は、その上に形成された触媒材料の層を有する１つ以上のロッド１７１０ａ〜ｎがダクト１７２０上に配置された、例えば、ロッド１７１０ａ〜ｎがダクト１７２０の下流端部（遠位端部）１７２５に配置された（そこから突出している）触媒点火アシストシステムを利用する更なる実施形態を示す。ロッド１７１０ａ〜ｎは、第１の、近位端部１７１２ａ〜ｎによってダクト１７２０の下流端部１７２５にそれぞれ取り付けられ、また、各ロッド１７１０ａ〜ｎの第２の、遠位端部１７１４ａ〜ｎは、ダクト１７２０の下流端部１７２５から遠位に位置する。燃料／充填ガス混合物１４４０とロッド１７１０ａ〜ｎの触媒材料との相互作用により、燃料／充填ガス混合物１４４０の点火が生じる。図１５および図１６に示される点火と同様の方法で、点火領域１５３０は、ダクト１７２０の下流端部１７２５から距離Ｄ１６にて発生し、距離Ｄ１６は、非触媒アシスト点火が起こる点火領域１４７０までの距離Ｄ１２より短い。
【００７０】
点火アシストの別の形態として、熱面点火アシストが挙げられる。一実施形態では、燃焼室（例えば、燃焼室１０５）内に１つ以上の熱面点火アシスト装置（例えば、グロープラグ）を配置して、ＤＦＩ構成による点火を促進し、それにより点火遅れを短縮し、および／またはエンジンの周期的運転時等に発生する燃焼の変動の程度を低減することができる。図１８は、グロープラグ１８１０がダクト１８２０の下流に、例えば、ダクト１８２０の下流端部１８２５に配置されている構成１８００を示している。図示のように、グロープラグ１８１０の加熱された先端部１８３０は、燃料／充填ガス混合物１４４０の流路内に配置されることで、ブラフ本体として機能する高温グロープラグ端部１８３０により、グロープラグ１８１０の主軸ＰＡがダクト１８２０の軸１６３０と交差して、火炎１５４０を安定化させるようにする。図１５〜図１７に示される点火と同様の方法で、点火領域１５３０は、ダクト１８２０の下流端部１８２５から距離Ｄ１７にて生じ、距離Ｄ１７は、非触媒アシスト点火が起こる点火領域１４７０までの距離Ｄ１２よりも短い。グロープラグ１８１０および関連する制御エレクトロニクスは、エンジンのコールドスタートを支援するために製造ＣＩエンジンで利用される任意のタイプであってもよく、または、ＤＦＩアプリケーションにおけるグロープラグの性能を改善するための設計強化を更に組み込むことができる。
【００７１】
別の実施形態では、燃焼システム内に１つ以上のスパークプラグを設置して、ＤＦＩ構成における点火を促進することができる（例えば、スパーク点火アシスト）。この実施形態では、スパークプラグは、グロープラグ１８１０と同様の方法で配置することができ、スパークプラグのスパークプラグ間隙は、ダクトから放出される予備混合ガスの下流の流れにおけるダクト出口に対して位置決めされることで、予備混合されたガスがスパーク間隙を通過し、スパーク間隙で発生する１つ以上の適切なタイミングのスパーク放電によって点火し得るようにする。スパークプラグ間隙は、図１８に示すグロープラグ１８１０の加熱された先端部１８３０と同様の位置に配置することができ、それにより、ダクト１８２０の下流端１８２５から距離Ｄ１７（この場合、Ｄ１７＜Ｄ１２）にて燃料／充填ガス混合物１４４０の点火を容易にする。スパークプラグおよび関連する制御エレクトロニクスは、製造ＳＩエンジンで利用される任意のタイプであってもよく、または、ＤＦＩアプリケーションにおけるスパークプラグの性能を改善するための設計強化を更に組み込むことができる。
【００７２】
更なる実施形態では、プラズマトーチの第１端部がプラズマジェットを放出する、ＤＦＩ構成（例えば、プラズマ点火アシスト）における点火を促進するために、燃焼システム内に１つ以上のプラズマトーチを設置することができる。この実施形態では、プラズマトーチは、グロープラグ１８１０と同様の方法で配置することができ、プラズマトーチの第１端部は、燃料／充填ガス混合物１４４０の下流におけるダクト１８２０の下流端部１８２５に対して配置されることで、燃料／ガス混合物１４４０がプラズマジェットを通過し、１つ以上の適切に時間調整されたプラズマジェット放出によって点火されるようにする。プラズマトーチの第１端部は、グロープラグ１８１０の加熱された先端部１８３０と同じ位置に配置することができ、それにより、ダクト１８２０の下流端部１８２５から距離Ｄ１７にて燃料／充填ガス混合物１４４０の点火を容易にする。プラズマジェットは、任意の好適な技術、例えば、熱または非平衡であることができる。
【００７３】
更なる実施形態では、集束レーザビームを燃焼システムに設置して、ＤＦＩ構成（例えば、レーザ点火アシスト）での点火を促進することができる。図１９は、集束レーザビームを利用して、燃料／充填ガス混合物を点火する構成１９００を示す。レーザ１９１０はウインドウ１９１２の後部に配置することができ、ウインドウ１９１２は燃焼室の側壁１１５またはシリンダヘッド１２５に配置される。レーザ１９１０は、レーザの焦点１９１８（別名、ウエスト）にてスパークを生成するのに十分なエネルギーの集束されたパルスレーザビーム１９１５（例えば、収束レーザビーム）を放出し、燃料／充填ガス混合物１４４０の点火を促進することができるイオンおよびラジカルを生成するように構成することができる。図１９に示すように、パルスレーザビーム１９１５は、ダクト１８２０の軸線１６３０の近傍に配置された腰部１９１８およびダクト１８２０の下流端部１８２５の僅か下流にスパークを生成する。レーザパルス１９１５は、点火が促進されるように、燃料噴射事象に対して計時される。レーザビーム１９１５の焦点１９１８は、グロープラグ１８１０の加熱された先端部１８３０と同様の位置で発生するように構成することができ、それにより、ダクト１８２０の下流端１８２５から距離Ｄ１８にて燃料／充填ガス混合物１４４０の点火を容易にする。レーザビーム１９１５は、例えばレーザダイオード、ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザ等の任意の適切な技術であることができる。タイミング制御部品１９５０を利用して、燃料噴射装置ドライバ１９６０の動作を制御することができ、更に、パルスレーザビーム１９１５を燃料噴射装置ドライバ１９６０との同期動作を制御することで、所望の通りに（例えば、点火が位置１５３０にて生じるように）燃料／充填ガス混合物１４４０の点火を容易にすることができるよう、レーザ１９１０の動作を制御するように構成することができる。図１８には示されていないが、タイミング部品を利用して、燃料流量および点火アシスト部品の動作を制御することで、各点火アシスト部品（例えば、グロープラグ１８１０、スパークプラグ等）による、所望の位置におけるそれぞれの燃料／充填ガス混合物の点火を容易にする。
【００７４】
ダクト１５２０の触媒材料層１５１０／下流端部１５２５の各位置、環状部１６１０およびその上に配置された触媒材料、ロッド１７１０ａ〜ｎの各遠位端部１７１４ａ〜ｎ、グロープラグ１８１０の加熱された先端部１８３０、位置Ｄ１３，Ｄ１４，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ１７，Ｄ１８のようなレーザビーム１９１８の焦点等は、各点火領域１５３０の所望の位置付けを容易にするように構成することができる。これらの距離は、典型的には、ダクト１５０の下流端部１５８におけるダクト１５０の直径Ｄ２の１／１０〜５倍の範囲にある。
【００７５】
図２０は、燃料／充填ガス混合物が燃焼室に配置されたダクトから放出された後に、燃料／充填ガス混合物を点火するための方法論２０００を示す。２０１０では、点火アシスト部品がダクトの排出端に対して配置され、ダクトは燃料ジェット開口部に近接して配置かつ整列される。前述したように、燃料は、燃料ジェット開口部を通過し、ダクト内の充填ガスと混合され、燃料／充填ガス混合物がダクトの排出端から放出される。点火アシスト部品は、グロープラグ、スパークプラグ、集束レーザビームを生成するための光学系を備えたレーザ等の、ダクトの排出端から放出される燃料／充填ガス混合物の点火を容易にする任意の好適な装置、材料等を含むことができる。更に、触媒材料から形成された、またはその上に配置された触媒材料の層を有する部品を、ダクトからの燃料／充填ガス混合物の放出に関して配置することができる。触媒材料によって促進された燃料／充填ガス混合物の反応により、燃料／充填ガス混合物の点火を促進する。部品は、ダクト（例えば、触媒材料を含む環状部）から分離することができ、または触媒材料の層をダクトに適用することができる。
【００７６】
２０２０では、点火アシスト部品の動作を制御して、燃料／充填ガス混合物がダクトの排出端から放出されるとき、燃料／充填ガス混合物の点火を容易にすることができる。例えば、点火アシスト部品が、集束レーザビームを生成するために光学系を備えたレーザである場合、燃料／充填ガス混合物がダクトから放出されるタイミングレジメンに従って、エネルギーのバーストを放出するパルスレーザとして動作するようにレーザを制御することができる。点火アシスト部品がプラズマトーチである別の実施形態では、プラズマトーチが、ダクトから放出される燃料／充填ガス混合物のタイミングと同期したプラズマのバーストを順次放出するように、動作を制御することができる。点火アシスト部品がグロープラグである更なる実施形態では、グロープラグが連続的に高温であり、かつ、ダクトから放出される際に燃料／充填ガス混合物を点火するように、グロープラグを制御することができる。更なる実施形態では、点火アシスト部品は、燃料／充填ガス混合物内の反応を容易にして点火を促進する触媒材料から形成することができる。前述したように、触媒材料は、（例えば、材料の層として、またはロッドによって取り付けられる）ダクト内に組み込むことができ、または、触媒材料は、ダクト（例えば、燃料／充填ガス混合物がダクトから排出され、環状部の中心穴を通過し、この中心穴がその中に配置された触媒材料を有する環状部）に別個に配置された部品上に配置することができる。
【００７７】
上で説明してきたことは、１つ以上の実施形態の例を含む。当然、上述した態様を説明する目的で、上記の構造または方法論のあらゆる考えられる修正および代替を説明することはできないが、当業者は、様々な態様の数多くのさらなる修正および置換が可能であることを認識することができる。したがって、説明した実施形態は、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内に入る、すべてのこのような代替物、修正物、および変形物を包含することを意図している。さらに、詳細な説明または特許請求の範囲のいずれかにおいて、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」という用語が使用される限りでは、このような用語は、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語が、特許請求の範囲において転換語として用いられるときの「備える「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」に類似する様式で解釈されるように、包括的であることを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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